Przy standardowym wydobyciu litu z naturalnych solanek — w tym na jednym z największych obszarów produkcyjnych świata, chilijskim Salar de Atacama — nawet połowa pierwiastka trafia do odpadów solnych zamiast do produktu końcowego. Chemicy z Instytutu Chemii Organicznej PAN, Uniwersytetu Kardynała Stefana Wyszyńskiego i Politechniki Warszawskiej opisali metodę, która pozwala tę straconą część odzyskać z bardzo wysoką skutecznością.

Molekularny uchwyt na lit

Selektywna ekstrakcja litu z mieszanin soli jest trudna, bo inne jony — sód, potas, magnez, wapń — obecne są w znacznie większym stężeniu i mają zbliżone właściwości fizykochemiczne. Potrzebna jest cząsteczka zdolna do rozróżnienia jonów na podstawie różnicy ich rozmiarów i siły wiązania z atomami tlenu. Takie właściwości mają jonofory, czyli związki chemiczne stosowane dotąd głównie w czujnikach jonoselektywnych do rozpoznawania jonów sodu.

Punktem wyjścia dla badaczy z Warszawy były właśnie znane jonofory sodowe. Okazało się, że po drobnych modyfikacjach struktury te same szkielety cząsteczkowe wyraźnie preferują lit nad sodem — co jest zaskakujące w warunkach, gdzie sodu jest wielokrotnie więcej. Mniejszy jon litu mocniej przyciąga atomy tlenu w cząsteczce jonoforu i lepiej wpasowuje się w jej „kieszeń wiążącą”. Badacze porównali osiem podobnych związków różniących się bocznymi fragmentami i dla jednego z nich zaobserwowali stabilny kompleks w proporcji jedna cząsteczka jonoforu na jeden jon litu.

Odzysk na poziomie 95 procent

Metoda opisana w czasopiśmie Angewandte Chemie International Edition polega na ekstrakcji ciało stałe–ciecz: stałą mieszaninę soli miesza się z cieczą organiczną zawierającą jonofor, który przenosi do niej głównie chlorek litu, zostawiając większość sodu, potasu i magnezu w osadzie. W eksperymencie na 100-gramowej próbce o składzie jonowym zbliżonym do solanki z Atacamy po zaledwie dwóch cyklach ekstrakcji odzyskano ok. 95% dostępnego chlorku litu, a czystość produktu sięgnęła 95% LiCl. Jonofor przenosił lit do fazy organicznej tysiące razy chętniej niż sód, potas czy magnez. Jedyną istotną domieszką pozostawał chlorek wapnia, którego separacja od litu jest chemicznie najtrudniejsza.

Kluczową zaletą metody jest też jej skalowalność. Wiele wcześniej opisanych receptorów litu miało zbyt skomplikowaną budowę, by można je było wytwarzać tanio i na większą skalę. Opisane jonofory mają strukturę modułową, co pozwala na ich syntezy w jednorazowych partiach sięgających 58 gramów z powszechnie dostępnych substratów chemicznych. To otwiera realne perspektywy zastosowania tej metody przy odzyskiwaniu litu z hałd odpadów solnych, ubogich złóż solnych oraz frakcji poprodukcyjnej ze zużytych akumulatorów.